EP3231002B1 - Elektronenmikroskop und verfahren zum untersuchen einer probe mit einem elektronenmikroskop - Google Patents

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EP3231002B1
EP3231002B1 EP15813239.9A EP15813239A EP3231002B1 EP 3231002 B1 EP3231002 B1 EP 3231002B1 EP 15813239 A EP15813239 A EP 15813239A EP 3231002 B1 EP3231002 B1 EP 3231002B1
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EP
European Patent Office
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sample
pressure
detector
electron
electron microscope
Prior art date
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EP15813239.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3231002A1 (de
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Johannes RATTENBERGER
Harald Matthias FITZEK
Julian WAGNER
Hartmuth SCHRÖTTNER
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Verein Zur Forderung Der Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung
Original Assignee
Verein Zur Forderung Der Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung
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Publication date
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/18—Vacuum locks ; Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
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    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/2602—Details
    • H01J2237/2605—Details operating at elevated pressures, e.g. atmosphere

Definitions

  • the invention relates to an electron microscope comprising an electron source for generating an electron beam, an electron column through which the electron beam strikes a sample arranged in a sample chamber on a sample stage, at least one pressure-limiting diaphragm arranged at the end on the electron column and a detector for detecting low-energy electrons ,
  • the invention relates to a use of such an electron microscope.
  • the invention relates to a method for examining a sample with an electron microscope, wherein an electron beam is generated by an electron source, which is passed through an electron column and at least one pressure-limiting aperture on the arranged in a sample chamber on a sample stage sample, of which secondary electrons and Backscattered electrons are generated, wherein low-energy electrons are detected by a detector.
  • an Environmental Scanning Electron Microscope has become known. It is a special embodiment of a scanning electron microscope (SEM), with which, in contrast to this, a moist sample without preparative effort of the same is examined. In contrast to the SEM, in which, in addition to a pressure in the electron column, this also in the sample chamber is usually lowered to a high or ultrahigh vacuum, a higher pressure is provided in the sample chamber of the ESEM. As in the case of SEM, a sample located in the sample chamber is also scanned with a focused electron beam from primary electrons, whereby secondary electrons are generated from this by interaction with the primary electrons and their amplified signal is detected by a detector.
  • SEM scanning electron microscope
  • the secondary electrons are amplified by impact ionization with gas atoms and attracted by the positively charged detector, whereby a large amount of positively charged gas atoms or gas molecules is generated. This is decisive for the fact that an electrically non-conductive sample can be examined in an ESEM since the positively charged gas atoms or Gas molecules recombine on the surface of the sample and thereby prevent or neutralize a negative charge of the sample.
  • the pressure in the sample chamber of an ESEM is not adjustable arbitrarily high.
  • the higher this pressure the fewer primary electrons of the electron beam arrive at the focused point on the sample surface, since the primary electrons are previously scattered by the gas in the sample chamber, thereby also producing fewer secondary electrons in a point focused by the electron beam.
  • the primary electrons scattered by the gas generate secondary electrons in other regions of the sample, which is undesirable.
  • an ionization or amplification of secondary electrons generated in the focused point with increasing pressure decreases more and more.
  • an ESEM is usually operated at a pressure greater than 800 Pa, but for reasons mentioned above, only up to a pressure of about 2000 Pa and evacuated or pumped a sample chamber up to about 2000 Pa. Additionally, the sample to be tested is often cooled to about 4 ° C to at least partially prevent outgassing of a biological sample.
  • the sample chamber In order to examine a sample in an ESEM, the sample chamber must therefore always be pumped at least to a reduced pressure, which may also result in a change of the sample due to the reduced pressure. It is therefore not possible with an ESEM known from the prior art to examine untreated biological samples under natural environmental conditions.
  • the object of the invention is to provide an electron microscope of the type mentioned, in which it is possible, in particular to lay an untreated sample with the sample chamber open in this and with which also dynamic experiments are feasible.
  • Another object of the invention is to provide a method of the type mentioned, in which in particular untreated samples are placed in the open sample chamber of an electron microscope in this and these can also be examined in situ .
  • the object is achieved in that in an electron microscope of the type mentioned the electron column along its longitudinal axis with constant or narrowing towards the sample chamber free diameter and relative to the sample table and independently of the detector is movable, so that the sample under atmospheric pressure and / or can be examined at room temperature.
  • An advantage achieved by the invention is to be seen in particular in that the sample is optimally positionable to the electron column or the pressure-limiting diaphragm by the formation of the electron column and their mobility relative to the sample table and independent of the detector, so that a distance traveled by the electron beam through the gas is minimized in the sample chamber.
  • only a small proportion of the primary electrons interacts with the gas of the sample chamber and a large proportion of the primary electrons of the electron beam strike the sample unscattered.
  • the electron beam of primary electrons is thus sharply focused on a desired point of the sample, whereby on the one hand meet most of the primary electrons unscattered to this point and on the other hand in this focused point a large number of secondary electrons can be generated.
  • back scattered electrons with a small mean free path length are also generated by scattering the primary electrons on or in the sample.
  • the mean free path is indirectly proportional to an energy of the electrons.
  • these backscatter electrons are slowed down by collision processes with gas particles and subsequently amplified by impact ionization around the detector.
  • the backscatter electrons trigger secondary electrons in the gas by collision processes.
  • These signals of the now low - energy electrons are in addition to the amplified signal of the Secondary electrons also detectable by the detector, whereby the secondary electrons are amplified around the detector.
  • an energy of the electrons which are detectable by the detector must depend on or be smaller than a voltage applied thereto.
  • a detector voltage is in a range of about 500 V to 1000 V, preferably in a range of 600 V to 750 V.
  • a pressure in the electron column is many times lower than in the sample chamber (preferably approximately atmospheric pressure), whereby the different pressure ranges in the electron column and in the sample chamber are separated from the pressure-limiting diaphragm.
  • the electron column is preferably elongated.
  • an electron microscope according to the invention it is also possible in particular to examine moist or biological samples at room temperature.
  • a sample can not only be examined at room temperature, but can also be placed in the sample chamber open in a simple manner. Naturally occurring processes can be observed without influencing by a reduced pressure and / or reduced temperature or the sample surface can be imaged.
  • the detector is outside the electron column, in particular decoupled from the pressure-limiting aperture arranged. This ensures, on the one hand, that in the electron column as much as possible primary electrons are present, and on the other hand, the sample is arbitrarily positionable to the electron or pressure-limiting diaphragm to avoid interaction of the primary electrons with the imaging gas.
  • the detector is advantageously designed so that all low-energy electrons can be detected with this. In this case, an amplified signal of secondary electrons, an amplified signal of decelerated backscattered electrons and a signal of the secondary electrons triggered by the backscattered electrons in the imaging gas are detected.
  • the detector is arranged in the sample chamber on the sample table, wherein the sample table is movable.
  • the detector is moved with the sample table in such a way that as many low-energy electrons hit it.
  • the sample table can be moved in any number of axes, but it is favorable if this can be moved in at least one axis, preferably in two axes, in order to optimally position the sample.
  • a first axis may extend in the direction of the electron column and a second axis approximately perpendicular thereto.
  • the detector is designed as a needle detector with a predetermined tip radius.
  • a voltage is applied which generates an electric field and accelerates the low-energy electrons towards it.
  • the smaller the tip radius of the needle detector the stronger the electric field strength of the electric field and the stronger the low-energy electrons are amplified until they hit the detector. This maximizes the gain of the low-energy electron signal around the detector and optimizes the signal-to-noise ratio.
  • a tip radius of the needle detector is less than 100 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m.
  • the tip radius of the needle detector should be as small as possible in order to ensure that a sufficiently high number of low-energy electrons strike or be attracted to the detector.
  • a tip radius of the needle detector for atmospheric pressure in the sample chamber about 5 microns or smaller, in particular about 0.5 microns, is.
  • the voltage applied thereto can also be low, as a result of which voltage flashovers in the gas in the sample chamber can be avoided.
  • the detector is arranged in a separately evacuatable detector chamber.
  • the pressure in the detector chamber is lower than in the sample chamber, which means that the amplification of the low-energy electrons towards the detector is further optimized, and thus the signal-to-noise ratio is additionally improved.
  • the detector chamber may preferably be evacuable up to a pressure in the range of about 400 Pa to 1200 Pa, in particular in the range of about 800 Pa to 1000 Pa, and is designed such that it comprises an opening through which the low-energy electrons reach the detector ,
  • the at least one pressure-limiting aperture is arranged in particular horizontally aligned at a lower end of the electron column. This ensures that at a high pressure in the sample chamber, the pressure in the electron column can still be kept in the high or ultra-high vacuum range.
  • High vacuum corresponds to a pressure range between 0.1 Pa and 10 -5 Pa and ultrahigh vacuum a pressure range between 10 -5 Pa and 10 -10 Pa.
  • the pressure-limiting aperture creates a sharp demarcation of the electron column to the sample chamber, so that only as little gas as possible gets into the electron column.
  • the at least one pressure-limiting aperture along its longitudinal axis comprises at least one region with a tapering free diameter, wherein a location with a smallest diameter is aligned in the direction of the sample chamber.
  • This special design of the pressure-limiting diaphragm ensures that a pressure gradient between the electron column and the sample chamber is large enough to avoid gas ingress from the sample chamber into the electron column as much as possible.
  • the electron beam is focused by the pressure-limiting aperture as accurately as possible to a predetermined point of the sample or sample surface. It may be advantageous in the design of the pressure-limiting aperture when an aperture angle of the aperture is as large as possible. The opening angle or the tapered free diameter of the area ensures that as little gas as possible gets into the electron column.
  • the pressure-limiting orifice comprises one, two or more regions with tapered free diameters and a further region with a constant diameter.
  • the free diameter of the first region arranged at the upper end of the pressure-limiting orifice is greater than that of the centrally arranged second region, wherein a transition between the two regions preferably occurs abruptly or in one plane.
  • an angle of the tapered bore of the end Range is about 70 ° and that of the centrally located area about 90 °. Dimensions or dimensions of the centrally arranged area seem to be decisive for the pressure gradient.
  • This range may be about 120 microns or less thick or high, the entire pressure-limiting aperture can be about 270 microns or less thick or high. According to the invention, it can further be provided that the pressure-limiting aperture has a continuously constant free diameter, if this seems to be favorable for a specific measurement. Due to the special design of the pressure-limiting aperture and their arrangement on the electron column, it is not only possible to maximize a pressure gradient between the electron column and the sample chamber, but it is also kept in combination with the formation of the electron column and a field of view large enough.
  • a second pressure-limiting aperture is further provided, which is arranged at an upper end of the electron column, wherein the electron source is arranged outside of the electron column in a separately evacuated from this chamber.
  • the vacuum region in the electron column is also limited towards the top and ensures that the primary electrons of the electron beam strike the sample as focused as possible and unscattered.
  • a pressure in the chamber with the electron source may preferably be the most reduced pressure of the entire electron microscope. This can be lowered to a high vacuum or ultrahigh vacuum, for which purpose at least one vacuum pump is provided. This avoids flashovers on the one hand and, on the other hand, accelerates the primary electrons as unscrupulously as possible.
  • the second pressure limiting orifice is designed in accordance with the first pressure limiting orifice.
  • this is formed with a consistently constant free diameter.
  • a lens system can further be provided in the chamber, which focuses the electron beam.
  • At least one vacuum pump is provided, with which, at the same atmospheric pressure in the sample chamber, a pressure in the electron column up to a high vacuum, in particular up to a Ultra-high vacuum, is degradable, wherein the pressure-limiting aperture is designed such that a pressure transition occurs suddenly. This achieves a maximum pressure gradient between the electron column and the sample chamber. Due to the pressure-limiting aperture, the electron column is sharply delimited from the sample chamber and the electron beam hits the sample in a focused manner. Also a scattering of the primary electrons is thereby reduced so that subsequently imaging is possible. It may further be provided at least one additional vacuum pump, if necessary, to lower the pressure in the sample chamber to a predetermined value. As an alternative to ambient air, water vapor or any other gas may also be present in the sample chamber.
  • a use of an electron microscope according to the invention is advantageously carried out when examining a particular humid and / or biological sample under atmospheric pressure and / or at room temperature.
  • the electron beam is passed through an electron column with a free diameter that is constant along its longitudinal axis or free to the sample chamber, which is moved relative to the sample stage and independently of the detector. to examine the sample preferably under atmospheric pressure and / or at room temperature.
  • a distance between the sample and the electron column or pressure-limiting diaphragm is set such that a distance to be covered of the primary electrons is minimized, wherein a minimum distance between the sample and the electron column can correspond approximately to the diameter of the pressure-limiting diaphragm.
  • the sample or Sample surface in the point focused by the electron beam generated secondary electrons and the generated by scattering of the primary electrons at the sample surface and braked by collision processes backscattered electrons and generated by the backscattered electrons in the gas secondary electrons on the detector or attracted by this.
  • These now low-energy electrons are amplified around the detector and detected by it, whereby an image of the sample is generated.
  • a voltage applied to the detector can be kept low in order to avoid voltage flashovers in the gas of the sample chamber.
  • the detector voltage may be in a range of 500 V to 1000 V, preferably in a range of about 600 V is 750 V.
  • An energy of the detectable low-energy electrons must be less than the detector voltage in order to be detected by this. Furthermore, the individual constituents of the electron microscope and the sample can be adjusted to one another in such a way that as many secondary electrons are generated in the focused point and positively charged atoms or molecules are ionized.
  • the low-energy electrons are detected by a detector designed as a needle detector with a predetermined tip radius and decoupled from the pressure-limiting diaphragm below this detector.
  • the detector is arranged on the sample table, wherein a voltage is applied thereto.
  • the tip radius of the needle detector is less than 100 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m.
  • the needle detector is thereby positioned so that enough low energy electrons strike it to produce an image of the sample with a high signal-to-noise ratio.
  • a detector chamber for storing the detector is evacuated separately. It can be provided that a pressure in the detector chamber is kept lower than a pressure in the sample chamber. By lowering the pressure in the detector chamber, the gain of the low energy electron signal to the detector is better, thereby optimizing the signal-to-noise ratio.
  • the detector chamber is advantageously evacuated to a pressure in the range of about 400 Pa to 1200 Pa, in particular in the range of about 800 Pa to 1000 Pa. Further, this is formed with an opening through which the low-energy electrons are attracted by the charged detector and hit it.
  • the sample table is moved with the sample up to a predetermined distance from the pressure-limiting orifice.
  • the electron column can be arranged stationary.
  • a distance between the sample and the pressure-limiting diaphragm is selected such that, on the one hand, a path of the electron beam through the sample chamber is minimized and, on the other hand, a field of view is kept large enough.
  • a minimum distance between the sample and the pressure-limiting orifice may be about as large as a diameter of the pressure-limiting orifice.
  • further movement directions of the sample table can be provided, for. B. this can be moved approximately perpendicular to the first direction of movement to optimally position the sample.
  • the electron column and the sample chamber are separated by the at least one pressure-limiting, in particular horizontally arranged pressure-limiting diaphragm.
  • the pressure-limiting orifice is preferably designed such that a pressure gradient between the electron column and the sample chamber is maximized and thus as little gas as possible gets into the electron column. This further ensures that as many primary electrons of the electron beam strike the sample unscattered. The more primary electrons reach a focused point of the sample, the more secondary electrons are generated at that point, which are subsequently amplified in the gas environment of the sample chamber and attracted by the detector. In addition, all other low-energy electrons such. B. braked by collision processes backscattered electrons from the gas environment the sample chamber amplified and attracted or detected by the detector. This produces an image of the sample with a high signal-to-noise ratio.
  • the electron beam generated by the electron source is passed through a second pressure-limiting aperture in the electron column, wherein a chamber is evacuated with the electron source separately from the electron column.
  • a chamber is evacuated with the electron source separately from the electron column. This allows the pressures to be adjusted independently to maximize focusing of the electron beam.
  • the chamber is preferably evacuated to an ultra-high vacuum or high vacuum.
  • a pressure in the electron column is lowered, preferably up to a high vacuum, in particular up to an ultra-high vacuum, and the sample chamber is kept under atmospheric pressure to change the pressure leaps and thus the pressure gradient between the electron column and the sample chamber maximize.
  • a sample can be tested under atmospheric pressure and / or at room temperature while simply being placed in the sample chamber.
  • According to the invention can be provided as gas in the sample chamber air or water vapor.
  • at least one vacuum pump is provided with which the pressure in the sample chamber is lowered to a predetermined value.
  • Fig. 1 shows a schematic section through an inventive electron microscope 1, comprising an electron source 2 for generating an electron beam 3 and an electron column 4, through which the electron beam 3 strikes a sample 7.
  • the sample 7 is arranged in a sample chamber 5 on a sample table 6.
  • the sample table 6 can be moved with the sample 7.
  • this is movable at least in two axes, but at least in one axis parallel to a longitudinal axis X of the electron column 4.
  • the second axis may be an axis perpendicular to the first axis, to allow optimum positioning of the sample 7.
  • the electron column 4 can be moved in order to move it relative to the sample 7, preferably along its longitudinal axis X.
  • the electron column 4 is separated by a pressure-limiting aperture 8 of the sample chamber 5.
  • the pressure-limiting aperture 8 can preferably be designed such that a pressure gradient between the electron column 4 and the sample chamber 5 is maximized. This makes it possible to keep the sample chamber 5 below atmospheric pressure and thus also to examine a moist sample 7.
  • a detector 9 is provided, which as in Fig. 1 represented preferably as a needle detector can be formed. This is advantageously arranged in the sample chamber 5 on the sample table 6, in particular decoupled from the pressure-limiting aperture 8.
  • Vacuum pump not shown, may be provided, which pumps or evacuates a pressure in the sample chamber 5 up to a predetermined pressure range.
  • the electron source 2 is preferably mounted in an evacuable chamber 16, in which, for example, a pressure is lowered to an ultra-high vacuum or high vacuum.
  • the electron column 4 can be evacuated with at least one vacuum pump 17, wherein a pressure in this preferably up to a high vacuum (pressure range between 0.1 Pa and 10 -5 Pa), in particular up to an ultra-high vacuum (pressure range between 10 -5 Pa and 10 -10 Pa), is lowered.
  • a pressure in this preferably up to a high vacuum (pressure range between 0.1 Pa and 10 -5 Pa), in particular up to an ultra-high vacuum (pressure range between 10 -5 Pa and 10 -10 Pa), is lowered.
  • In the chamber 16 may preferably be arranged not shown lens system to to focus the electron beam 3.
  • a second pressure-limiting aperture 15 is provided for separating them, through which primary electrons of the electron beam 3 pass into the electron column 4, after which they pass through the first pressure-limiting aperture 8 onto the sample 7 or a focused point hit the sample surface. There, the primary electrons interact with the sample 7 or sample surface and generate secondary electrons at the focused point.
  • a signal of amplified secondary electrons and a signal of slowed down by collision processes as well as amplified backscattered electrons and generated by backscattered electrons in the gas secondary electrons are detected by the detector 9 as low-energy electrons 10.
  • the electron column 4 is formed with a free diameter 11 which is constant along its longitudinal axis X.
  • the adjoining the electron column 4 pressure limiting aperture 8 is approximately horizontally aligned and thus includes an angle of about 90 ° with the electron column 4 a.
  • an electron microscope according to the invention comprises 1 according to FIG Fig. 2 an electron column 4 with a along the longitudinal axis X to the sample chamber 5 towards tapered free diameter 11. This allows an even better separation of the two pressure ranges in the electron column 4 and in the sample chamber 5. It should be noted, however, that an inner angle between the electron column 4 and sample chamber 5 is not too large, so that a field of view is not limited too much.
  • Fig. 3 is a schematic section through another inventive electron microscope 1 is shown.
  • the detector 9 is mounted in a separately evacuatable detector chamber 12, which is usually pumped with at least one additional vacuum pump to a predetermined pressure.
  • a lower pressure prevails in the region of detection than in the sample chamber 5 itself, and an amplification of the signal of the low-energy electrons 10 is maximized, which subsequently leads to an optimized signal-to-noise ratio.
  • the pressure in the detector chamber 12 can be in a range from about 400 Pa to about 1200 Pa.
  • the detector 9 is mounted in a separately evacuatable detector chamber 12.
  • at least one vacuum pump for evacuating the sample chamber may also be provided in this electron microscope 1.
  • Fig. 4 shows a section through a pressure-limiting aperture 8 of an electron microscope according to the invention 1, comprising a region 13 with a tapered free diameter, wherein the pressure-limiting aperture 8 is arranged in the electron microscope 1, that the smallest diameter is aligned in the direction of the sample chamber 5.
  • the tapering free diameter or an opening angle ⁇ of the pressure-limiting aperture 8 can be about 90 °. Generally, however, the larger the opening angle, the better is a separation of the electron column 4 from the sample chamber 5.
  • the pressure-limiting aperture 8 is formed as thin as possible. This can for example be formed from a gold foil and thus have a thickness of only a few microns. It appears that the thinner the pressure-limiting aperture 8 and the larger the aperture angle ⁇ of the region 13, the greater a pressure gradient between two regions with different pressures.
  • Fig. 5 is a section through another pressure-limiting aperture 8 of an electron microscope 1 according to the invention shown.
  • This pressure-limiting aperture 8 can preferably be designed such that it comprises two regions 13, 14.
  • the broken line in Fig. 4 shows a fictitious boundary between these two areas 13, 14.
  • an upper area 13 along a longitudinal axis of the pressure-limiting aperture 8 is formed with a tapered free diameter and a lower portion 14 with a constant free diameter.
  • the constant free diameter of the lower region 14 may be about 50 microns to 300 microns.
  • the pressure-limiting aperture 8 is optimized to produce the largest possible pressure gradient between the electron column 4 and the sample chamber 5.
  • the upper region 13 of the pressure-limiting aperture 8 may be about 10 .mu.m to 300 .mu.m, preferably about 100 .mu.m high or thick.
  • An opening angle ⁇ of the tapered bore or the free diameter of the upper region 13 may preferably be about 90 °.
  • FIG Fig. 6 A section through a further pressure-limiting aperture 8 of an electron microscope 1 according to the invention is shown in FIG Fig. 6 shown.
  • This pressure-limiting aperture 8 includes two upper portions 131, 132 having tapered free diameters and a lower portion 14 having a constant diameter.
  • the free diameter of the upper end of the pressure-limiting aperture 8 first upper portion 131 is greater than that of the centrally disposed second upper portion 132, wherein a transition between the two upper portions 131, 132 preferably takes place abruptly or is shown with a straight line. Fictitious separations of the areas 131, 132, 14 are again shown by broken lines.
  • an opening angle ⁇ of the tapering bore of the end-side first upper region 131 is approximately 70 ° and an opening angle ⁇ of the centrally arranged second upper region 132 is approximately 90 °.
  • a pressure-limiting aperture 8 according to Fig. 6
  • the dimensions of the centrally located second upper portion 132 seem to be critical.
  • This area 132 can for z. B. about 120 microns or less thick or high, the entire pressure-limiting aperture 8 can be about 270 microns or less thick or high.
  • the pressure-limiting aperture 8 comprises more than two upper regions 131, 132.
  • the lower region 14 with the constant free diameter in the direction of the sample chamber 5 and the first upper region 131 is in each case attached to the pressure-limiting aperture 8 in an electron microscope 1 aligned in the direction of the electron column 4.
  • the second pressure-limiting aperture 15 may be formed corresponding to the first pressure-limiting aperture 8. According to the invention, however, it can also be provided that this has a consistently constant free diameter.
  • the second pressure-limiting orifice 15 separates the chamber 16, which is preferably pumped to a fine vacuum, from the electron column 4, in which high or ultra-high vacuum prevails.
  • the first pressure-limiting aperture 8 also has a bore with a continuously constant diameter.
  • a plurality of exchangeable pressure-limiting diaphragms 8, 15 can be provided, each having different dimensions , depending on which requirements they should meet.
  • the electron microscope 1 may be formed such that the pressure-limiting aperture 8, 15 are exchangeable in a simple manner.
  • the pressure-limiting aperture 8, 15 each frictionally with z. B. attached or secured a snap ring.
  • the pressure-limiting aperture 8, 15 may be formed according to the invention of a metal or a metal alloy, for example, platinum, tantalum or titanium.
  • the sample 7 is placed on the sample stage 6 arranged therein with the sample chamber 5 open.
  • the sample chamber 5 is not pumped, that is kept under atmospheric pressure.
  • at least one further vacuum pump for lowering the pressure in the sample chamber 5 can be connected to it.
  • the sample 7 is additionally or alternatively not cooled, but is examined at room temperature.
  • the sample table 6 is moved with the sample 7 to a predetermined propriety in the direction of the electron column 4. According to the invention, this can also be moved in at least one further direction.
  • a focused electron beam 3 of primary electrons is generated in a first step by the electron source 2 via a lens system, not shown, which is guided via the second pressure-limiting aperture 15 into the electron column 4.
  • the second pressure-limiting orifice 15 separates the chamber 16, which is usually evacuated or pumped by at least one further vacuum pump to a high vacuum or ultrahigh vacuum, from the electron column 4, which is evacuated from the at least one vacuum pump 17 to a high vacuum or ultrahigh vacuum is pumped.
  • the electron column 4 is limited downwards with the pressure-limiting aperture 8, in order not to contaminate the high or ultra-high vacuum in this with gas.
  • the detector 9 which may be preferably designed as a needle detector, is positively charged in order to attract the low-energy electrons 10.
  • the detector 9 is mounted in a detector chamber 12, which is evacuated separately and independently of the sample chamber 5 by at least one further vacuum pump.
  • the pressure in the detector chamber 12 is usually kept lower than in the sample chamber 5.
  • An electron microscope 1 according to the invention can be used in a number of technical fields, for example in the semiconductor industry. This can be placed between two production steps to check a component for its quality without the need for an evacuated area.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop, umfassend eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine Elektronensäule, durch welche der Elektronenstrahl auf eine in einer Probenkammer auf einem Probentisch angeordnete Probe trifft, zumindest eine endseitig an der Elektronensäule angeordnete druckbegrenzende Blende und einen Detektor zum Detektieren von niederenergetischen Elektronen.
  • Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Elektronenmikroskops.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mit einem Elektronenmikroskop, wobei von einer Elektronenquelle ein Elektronenstrahl erzeugt wird, welcher durch eine Elektronensäule und zumindest eine druckbegrenzende Blende auf die in einer Probenkammer an einem Probentisch angeordnete Probe geleitet wird, von welcher Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen erzeugt werden, wobei niederenergetische Elektronen von einem Detektor detektiert werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist ein Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM) bekannt geworden. Dabei handelt es sich um eine spezielle Ausführungsvariante eines Rasterelektronenmikroskops (REM), mit welchem im Gegensatz zu diesem auch eine feuchte Probe ohne präparativen Aufwand derselben untersuchbar ist. Im Unterschied zum REM, in welchem neben einem Druck in der Elektronensäule auch dieser in der Probenkammer üblicherweise bis zu einem Hoch- bzw. Ultrahochvakuum erniedrigt ist, ist in der Probenkammer des ESEMs ein höherer Druck vorgesehen. Wie beim REM wird auch beim ESEM eine in der Probenkammer befindliche Probe mit einem fokussierten Elektronenstrahl aus Primärelektronen abgerastert, wobei von dieser durch Wechselwirkung mit den Primärelektronen Sekundärelektronen erzeugt werden und deren verstärktes Signal von einem Detektor detektiert wird. Die Sekundärelektronen werden durch Stoßionisation mit Gasatomen verstärkt und vom positiv geladenen Detektor angezogen, wobei auch eine große Menge an positiv geladenen Gasatomen bzw. Gasmolekülen erzeugt wird. Dies ist maßgeblich dafür, dass in einem ESEM eine elektrisch nicht leitende Probe untersuchbar ist, da die positiv geladenen Gasatome bzw. Gasmoleküle an der Oberfläche der Probe rekombinieren und dadurch eine negative Aufladung der Probe verhindern bzw. neutralisieren.
  • Allerdings ist auch der Druck in der Probenkammer eines ESEMs nicht beliebig hoch einstellbar. Je höher dieser Druck ist, desto weniger Primärelektronen des Elektronenstrahls kommen im fokussierten Punkt auf der Probenoberfläche an, da die Primärelektronen vorher durch das Gas in der Probenkammer gestreut werden, wodurch auch weniger Sekundärelektronen in einem vom Elektronenstrahl fokussierten Punkt erzeugt werden. Die durch das Gas gestreuten Primärelektronen erzeugen in anderen Bereichen der Probe Sekundärelektronen, was unerwünscht ist. Darüber hinaus nimmt auch eine Ionisation bzw. Verstärkung von im fokussierten Punkt erzeugten Sekundärelektronen mit steigendem Druck immer mehr ab. Durch diesen dreifach negativen Effekt, dass zum einen wenig Sekundärelektronen im fokussierten Punkt erzeugt werden, welche auch noch schlechter verstärkt werden und zum anderen auch in nicht fokussierten Punkten Sekundärelektronen erzeugt werden, nimmt ein Signal-Rausch-Verhältnis in einem erzeugten Bild der Probe bzw. Probenoberfläche mit steigendem Druck in der Probenkammer beträchtlich ab. Aktuell wird ein ESEM üblicherweise bei einem Druck größer als 800 Pa, aus oben genannten Gründen jedoch nur bis zu einem Druck von etwa 2000 Pa betrieben bzw. eine Probenkammer bis zu etwa 2000 Pa evakuiert bzw. gepumpt. Zusätzlich wird die zu untersuchende Probe oftmals auf etwa 4 °C gekühlt, um ein Ausgasen einer biologischen Probe zumindest teilweise zu verhindern. Um eine Probe in einem ESEM zu untersuchen, muss die Probenkammer also immer zumindest auf einen erniedrigten Druck gepumpt werden, was auch eine Veränderung der Probe durch den erniedrigten Druck zur Folge haben kann. Es ist folglich mit einem aus dem Stand der Technik bekannten ESEM nicht möglich, unbehandelte biologische Proben unter naturbelassenen Umgebungsbedingungen zu untersuchen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektronenmikroskop der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem es möglich ist, insbesondere eine unbehandelte Probe bei offener Probenkammer in diese zu legen und mit welchem auch dynamische Experimente durchführbar sind.
  • Weiter ist es Ziel der Erfindung, eine Verwendung eines solchen Elektronenmikroskops anzugeben.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem insbesondere unbehandelte Proben bei offener Probenkammer eines Elektronenmikroskops in diese gelegt werden und diese auch in situ untersucht werden können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Elektronenmikroskop der eingangs genannten Art die Elektronensäule entlang deren Längsachse mit konstantem oder sich zur Probenkammer hin verjüngendem freien Durchmesser und relativ zum Probentisch sowie unabhängig vom Detektor verfahrbar ausgebildet ist, sodass die Probe unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur untersuchbar ist.
  • Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Ausbildung der Elektronensäule sowie deren Verfahrbarkeit relativ zum Probentisch und unabhängig vom Detektor die Probe optimal zur Elektronensäule bzw. zur druckbegrenzenden Blende positionierbar ist, sodass eine zurückzulegende Wegstrecke des Elektronenstrahls durch das Gas in der Probenkammer minimiert ist. Dadurch tritt nur ein geringer Anteil der Primärelektronen mit dem Gas der Probenkammer in Wechselwirkung und ein Großteil der Primärelektronen des Elektronenstrahls trifft ungestreut auf die Probe. Der Elektronenstrahl aus Primärelektronen ist also scharf auf einen gewünschten Punkt der Probe fokussierbar, wodurch einerseits die meisten Primärelektronen ungestreut auf diesen Punkt treffen und andererseits in diesem fokussierten Punkt eine große Anzahl von Sekundärelektronen erzeugbar ist. Neben den Sekundärelektronen werden von der Probe durch Streuung der Primärelektronen an bzw. in der Probe auch Rückstreuelektronen mit einer kleinen mittleren freien Weglänge erzeugt. Dabei ist die mittlere freie Weglänge indirekt proportional zu einer Energie der Elektronen. Bei hohem Druck in der Probenkammer werden diese Rückstreuelektronen durch Stoßprozesse mit Gasteilchen abgebremst und in weiterer Folge durch Stoßionisation rund um den Detektor verstärkt. Weiter lösen die Rückstreuelektronen durch Stoßprozesse Sekundärelektronen im Gas aus. Diese Signale der nun niederenergetischen Elektronen sind neben dem verstärkten Signal der Sekundärelektronen ebenfalls vom Detektor detektierbar, wobei auch die Sekundärelektronen rund um den Detektor verstärkt werden. Allgemein gilt, dass eine Energie der Elektronen, welche vom Detektor detektierbar sind, von einer an diesem angelegten Spannung abhängt bzw. kleiner als diese sein muss. Es kann vorgesehen sein, dass eine Detektorspannung in einem Bereich von etwa 500 V bis 1000 V, bevorzugt in einem Bereich von 600 V bis 750 V, liegt. Ein Druck in der Elektronensäule ist dabei in der Regel um ein Vielfaches niedriger als in der Probenkammer (bevorzugt etwa Atmosphärendruck) wobei die unterschiedlichen Druckbereiche in der Elektronensäule und in der Probenkammer von der druckbegrenzenden Blende abgetrennt sind. Erfindungsgemäß ist die Elektronensäule bevorzugt länglich ausgebildet. Mit einem erfindungsgemäßen Elektronenmikroskop sind insbesondere auch feuchte bzw. biologische Proben bei Raumtemperatur untersuchbar. Darüber hinaus ist eine Probe nicht nur bei Raumtemperatur untersuchbar, sondern kann auch bei offener Probenkammer in einfacher Weise in diese gelegt werden. Natürlich ablaufende Prozesse sind ohne Beeinflussung durch einen erniedrigten Druck und/oder erniedrigte Temperatur beobachtbar bzw. die Probenoberfläche abbildbar.
  • Mit Vorteil ist dabei der Detektor außerhalb der Elektronensäule, insbesondere von der druckbegrenzenden Blende entkoppelt, angeordnet. Dadurch ist einerseits gewährleistet, dass in der Elektronensäule möglichst ausschließlich Primärelektronen vorhanden sind, und andererseits die Probe beliebig zur Elektronensäule bzw. druckbegrenzenden Blende positionierbar ist, um eine Wechselwirkung der Primärelektronen mit dem Abbildungsgas zu vermeiden. Der Detektor ist dabei mit Vorteil so ausgebildet, dass mit diesem alle niederenergetischen Elektronen detektierbar sind. Detektiert werden dabei ein verstärktes Signal von Sekundärelektronen, ein verstärktes Signal von abgebremsten Rückstreuelektronen und ein Signal der durch die Rückstreuelektronen im Abbildungsgas ausgelösten Sekundärelektronen.
  • Vorteilhaft ist weiter der Detektor in der Probenkammer am Probentisch angeordnet, wobei der Probentisch verfahrbar ist. Der Detektor wird mit dem Probentisch derart verfahren, dass möglichst viele niederenergetische Elektronen auf diesen treffen. Der Probentisch kann in beliebig vielen Achsen verfahrbar sein, günstig ist es jedoch, wenn dieser zumindest in einer Achse, bevorzugt in zwei Achsen verfahrbar ist, um die Probe optimal zu positionieren. Eine erste Achse kann dabei in Richtung der Elektronensäule und eine zweite Achse etwa senkrecht dazu verlaufen.
  • Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Detektor als Nadeldetektor mit vorbestimmtem Spitzenradius ausgebildet ist. Am Nadeldetektor ist eine Spannung angelegt, welche ein elektrisches Feld erzeugt und die niederenergetischen Elektronen zu diesem hin beschleunigt. Dabei gilt, dass je kleiner der Spitzenradius des Nadeldetektors ist, desto stärker ist die elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes und umso stärker werden die niederenergetischen Elektronen verstärkt bis diese auf den Detektor treffen. Dadurch ist die Verstärkung des Signals von niederenergetischen Elektronen rund um den Detektor maximiert und das Signal-Rausch-Verhältnis optimiert.
  • Dabei kann es günstig sein, wenn ein Spitzenradius des Nadeldetektors kleiner als 100 µm, bevorzugt kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, ist. Insbesondere für Messungen unter Atmosphärendruck sollte der Spitzenradius des Nadeldetektors möglichst klein sein, um zu erreichen, dass eine genügend hohe Anzahl von niederenergetischen Elektronen auf den Detektor trifft bzw. von diesem angezogen wird. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Spitzenradius des Nadeldetektors für Atmosphärendruck in der Probenkammer etwa 5 µm oder kleiner, insbesondere etwa 0,5 µm, ist. Bei einem mit kleinem Spitzenradius ausgebildeten Detektor kann zudem die an diesem angelegte Spannung gering sein, wodurch Spannungsüberschläge im Gas in der Probenkammer vermeidbar sind.
  • Mit Vorteil kann weiter vorgesehen sein, dass der Detektor in einer gesondert evakuierbaren Detektorkammer angeordnet ist. In der Detektorkammer herrscht dabei in der Regel ein geringerer Druck als in der Probenkammer, was dazu führt, dass die Verstärkung der niederenergetischen Elektronen zum Detektor hin weiter optimiert und somit das Signal-Rausch-Verhältnis zusätzlich verbessert ist. Die Detektorkammer kann bevorzugt bis zu einem Druck im Bereich von etwa 400 Pa bis 1200 Pa, insbesondere im Bereich von etwa 800 Pa bis 1000 Pa, evakuierbar sein und ist derart ausgebildet, dass diese eine Öffnung umfasst, durch welche die niederenergetischen Elektronen zum Detektor gelangen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine druckbegrenzende Blende insbesondere waagrecht ausgerichtet an einem unteren Ende der Elektronensäule angeordnet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einem hohen Druck in der Probenkammer der Druck in der Elektronensäule trotzdem im Hoch- bzw. Ultrahochvakuumbereich gehalten werden kann. Dabei entspricht Hochvakuum einem Druckbereich zwischen 0,1 Pa und 10-5 Pa und Ultrahochvakuum einem Druckbereich zwischen 10-5 Pa und 10-10 Pa. Durch die druckbegrenzende Blende ist eine scharfe Abgrenzung der Elektronensäule zur Probenkammer geschaffen, sodass nur möglichst wenig Gas von dieser in die Elektronensäule gelangt. Weiter ist es durch die Bauweise und die Ausrichtung der druckbegrenzende Blende möglich, selbst bei hohem Druck in der Probenkammer noch genug Primärelektronen ungestreut auf eine Probe zu leiten, um in weiterer Folge genügend Sekundärelektronen und dadurch ein Bild der Probe bzw. Probenoberfläche mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis zu erzeugen.
  • Günstig ist es dabei, wenn die zumindest eine druckbegrenzende Blende entlang deren Längsachse zumindest einen Bereich mit einem sich verjüngenden freien Durchmesserumfasst, wobei eine Stelle mit einem kleinsten Durchmesser in Richtung der Probenkammer ausgerichtet ist. Durch diese spezielle Ausbildung der druckbegrenzenden Blende ist gewährleistet, dass ein Druckgradient zwischen Elektronensäule und Probenkammer groß genug ist, um einen Gaseintritt von der Probenkammer in die Elektronensäule möglichst zu vermeiden. Darüber hinaus wird der Elektronenstrahl durch die druckbegrenzende Blende möglichst exakt auf einen vorbestimmten Punkt der Probe bzw. Probenoberfläche fokussiert. Vorteilhaft kann bei der Ausbildung der druckbegrenzenden Blende sein, wenn ein Öffnungswinkel der Blende möglichst groß ist. Durch den Öffnungswinkel bzw. den sich verjüngenden freien Durchmesser des Bereiches ist sichergestellt, dass so wenig Gas wie möglich in die Elektronensäule gelangt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die druckbegrenzende Blende einen, zwei oder mehr Bereiche mit sich verjüngenden freien Durchmessern und einen weiteren Bereich mit einem konstanten Durchmesser umfasst. Bei einer Ausführung der druckbegrenzenden Blende mit drei Bereichen ist der freie Durchmesser des am oberen Ende der druckbegrenzenden Blende angeordneten ersten Bereiches größer als jener des mittig angeordneten zweiten Bereiches, wobei ein Übergang zwischen den beiden Bereichen bevorzugt sprunghaft erfolgt bzw. in einer Ebene. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Winkel der sich verjüngenden Bohrung des endseitigen Bereiches etwa 70° beträgt und jener des mittig angeordneten Bereiches etwa 90°. Maße bzw. Abmessungen des mittig angeordneten Bereiches scheinen dabei entscheidend für den Druckgradienten zu sein. Dieser Bereich kann dafür etwa 120 µm oder weniger dick bzw. hoch sein, wobei die gesamte druckbegrenzende Blende dabei etwa 270 µm oder weniger dick bzw. hoch sein kann. Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die druckbegrenzende Blende einen durchgängig konstanten freien Durchmesser aufweist, sofern dies für eine bestimmte Messung günstig zu sein scheint. Durch die besondere Ausführung der druckbegrenzenden Blende sowie deren Anordnung an der Elektronensäule ist es nicht nur möglich, einen Druckgradienten zwischen der Elektronensäule und der Probenkammer zu maximieren, sondern es ist darüber hinaus in Kombination mit der Ausbildung der Elektronensäule auch ein Sichtfeld groß genug gehalten.
  • Vorteilhaft ist weiter eine zweite druckbegrenzende Blende vorgesehen, welche an einem oberen Ende der Elektronensäule angeordnet ist, wobei die Elektronenquelle außerhalb der Elektronensäule in einer von dieser gesondert evakuierbaren Kammer angeordnet ist. Dadurch ist der Vakuumbereich in der Elektronensäule auch nach oben hin begrenzt und sichergestellt, dass die Primärelektronen des Elektronenstrahls möglichst fokussiert und ungestreut auf die Probe treffen. Ein Druck in der Kammer mit der Elektronenquelle kann bevorzugt der am meisten erniedrigte Druck des gesamten Elektronenmikroskops sein. Dieser kann bis zu einem Hochvakuum oder Ultrahochvakuum erniedrigt sein, wobei dazu zumindest eine Vakuumpumpe vorgesehen ist. Dadurch werden einerseits Überschläge vermieden und andererseits die Primärelektronen möglichst ungestreut beschleunigt. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die zweite druckbegrenzende Blende entsprechend der ersten druckbegrenzenden Blende ausgebildet ist. Möglich ist es jedoch auch, dass diese mit einem durchgängig konstanten freien Durchmesser ausgebildet ist. Erfindungsgemäß kann es günstig sein, wenn beide druckbegrenzenden Blenden endseitig, aber innerhalb der Elektronensäule angeordnet sind. Erfindungsgemäß kann in der Kammer weiter ein Linsensystem vorgesehen sein, welche den Elektronenstrahl fokussiert.
  • Besonders bevorzugt ist dabei zumindest eine Vakuumpumpe vorgesehen, mit welcher bei gleichzeitigem Atmosphärendruck in der Probenkammer ein Druck in der Elektronensäule bis zu einem Hochvakuum, insbesondere bis zu einem Ultrahochvakuum, erniedrigbar ist, wobei die druckbegrenzende Blende derart ausgebildet ist, dass ein Druckübergang sprunghaft erfolgt. Dadurch wird ein maximaler Druckgradient zwischen Elektronensäule und Probenkammer erreicht. Durch die druckbegrenzende Blende ist die Elektronensäule scharf von der Probenkammer abgegrenzt und der Elektronenstrahl trifft fokussiert auf die Probe. Auch eine Streuung der Primärelektronen ist dadurch derart verringert, dass in weiterer Folge eine Bildgebung möglich ist. Es kann weiter zumindest eine zusätzliche Vakuumpumpe vorgesehen sein, um gegebenenfalls den Druck in der Probenkammer bis zu einem vorbestimmten Wert zu erniedrigen. In der Probenkammer kann sich alternativ zu Umgebungsluft auch Wasserdampf oder ein anderes beliebiges Gas befinden.
  • Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops erfolgt mit Vorteil beim Untersuchen einer insbesondere feuchten und/oder biologischen Probe unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur.
  • Das weitere Ziel wird erfindungsgemäß erreicht, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art der Elektronenstrahl durch eine Elektronensäule mit einem entlang deren Längsachse konstanten oder sich zur Probenkammer hin verjüngenden freien Durchmesser zur Probe geleitet wird, welche relativ zum Probentisch sowie unabhängig vom Detektor verfahren wird, um die Probe bevorzugt unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur zu untersuchen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur ein geringer Anteil bzw. deutlich weniger als bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Primärelektronen des Elektronenstrahls im Gas in der Probenkammer gestreut und somit treffen viele Elektronen in einem fokussierten Punkt auf die Probe bzw. Probenoberfläche. Hierfür wird ein Abstand zwischen Probe und Elektronensäule bzw. druckbegrenzender Blende derart eingestellt, dass eine zurückzulegende Wegstrecke der Primärelektronen minimiert wird, wobei ein Minimalabstand zwischen Probe und Elektronensäule etwa dem Durchmesser der druckbegrenzenden Blende entsprechen kann. Dadurch ist eine Probe auch unter Atmosphärendruck untersuchbar. Allgemein gilt, je mehr Primärelektronen auf einen fokussierten Punkt der Probe treffen, umso mehr Sekundärelektronen werden in diesem Punkt erzeugt. Durch die Einstellbarkeit der Elektronensäule relativ zum Probentisch sowie unabhängig vom Detektor werden die von der Probe bzw. Probenoberfläche in dem vom Elektronenstrahl fokussierten Punkt erzeugten Sekundärelektronen sowie die durch Streuung der Primärelektronen an der Probenoberfläche erzeugten und durch Stoßprozesse abgebremsten Rückstreuelektronen und die durch die Rückstreuelektronen im Gas erzeugten Sekundärelektronen auf den Detektor geleitet bzw. von diesem angezogen. Diese nun niederenergetischen Elektronen werden rund um den Detektor verstärkt und von diesem detektiert, wodurch ein Bild der Probe erzeugt wird. Eine am Detektor angelegte Spannung kann dabei gering gehalten werden, um Spannungsüberschläge im Gas der Probenkammer zu vermeiden. Die Detektorspannung kann dabei in einem Bereich von 500 V bis 1000 V, bevorzugt in einem Bereich von etwa 600 V bin 750 V, liegen. Eine Energie der detektierbaren niederenergetischen Elektronen muss dabei geringer sein als die Detektorspannung, um von diesem detektiert werden zu können. Weiter können die einzelnen Bestandteile des Elektronenmikroskops und die Probe derart zueinander eingestellt werden, dass im fokussierten Punkt möglichst viele Sekundärelektronen erzeugt und positiv geladene Atome bzw. Moleküle ionisiert werden.
  • Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die niederenergetischen Elektronen von einem als Nadeldetektor mit vorbestimmtem Spitzenradius ausgebildeten und von der druckbegrenzenden Blende entkoppelt unterhalb dieser angeordneten Detektor detektiert werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Detektor am Probentisch angeordnet wird, wobei eine Spannung an diesem angelegt wird. Je kleiner der Spitzenradius des Nadeldetektors ausgebildet ist, desto größer ist die elektrische Feldstärke im Bereich des Nadeldetektors und umso mehr niederenergetische Elektronen werden rund um diesen verstärkt. Insbesondere unter Atmosphärendruck ist es zweckmäßig, den Spitzenradius des Detektors so auszubilden, dass damit ein großes elektrisches Feld rund um den Detektor erzeugt wird, ohne dass die am Detektor angelegte Spannung erhöht werden muss. Eine zu hohe angelegte Spannung verursacht nämlich unerwünschte elektrische Überschläge im Gas in der Probenkammer. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass der Spitzenradius des Nadeldetektors kleiner als 100 µm, bevorzugt kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, ist. Der Nadeldetektor wird dabei derart positioniert, dass genügend niederenergetische Elektronen auf diesen treffen, um ein Bild der Probe mit einem großen Signal-Rausch-Verhältnis zu erzeugen.
  • Günstig ist es dabei, wenn eine Detektorkammer zur Lagerung des Detektors gesondert evakuiert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Druck in der Detektorkammer niedriger gehalten wird als ein Druck in der Probenkammer. Durch die Erniedrigung des Druckes in der Detektorkammer ist die Verstärkung des Signals der niederenergetischen Elektronen zum Detektor besser, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis optimiert wird. Die Detektorkammer wird dabei mit Vorteil bis zu einem Druck im Bereich von etwa 400 Pa bis 1200 Pa, insbesondere im Bereich von etwa 800 Pa bis 1000 Pa, evakuiert. Weiter ist diese mit einer Öffnung ausgebildet, durch welche die niederenergetischen Elektronen vom geladenen Detektor angezogen werden und auf diesen treffen.
  • Mit Vorteil kann weiter vorgesehen sein, dass der Probentisch mit der Probe bis zu einem vorbestimmten Abstand zur druckbegrenzenden Blende hin verfahren wird. Die Elektronensäule kann dabei ortsfest angeordnet sein. Ein Abstand zwischen Probe und druckbegrenzender Blende wird dabei derart gewählt, dass einerseits eine Wegstrecke des Elektronenstrahls durch die Probenkammer minimiert und andererseits ein Sichtfeld groß genug gehalten wird. Dazu kann ein Minimalabstand zwischen der Probe und der druckbegrenzenden Blende etwa so groß sein wie ein Durchmesser der druckbegrenzenden Blende. Zusätzlich zur Bewegungsrichtung in Richtung der druckbegrenzenden Blende bzw. der Elektronensäule können weitere Bewegungsrichtungen des Probentisches vorgesehen sein, z. B. kann dieser etwa senkrecht zur ersten Bewegungsrichtung verfahren werden, um die Probe optimal zu positionieren.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Elektronensäule und die Probenkammer durch die zumindest eine druckbegrenzende, insbesondere waagrecht angeordnete druckbegrenzende Blende abgetrennt werden. Die druckbegrenzende Blende ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass ein Druckgradient zwischen Elektronensäule und Probenkammer maximiert wird und somit so wenig Gas wie möglich in die Elektronensäule gelangt. Dadurch ist weiter sichergestellt, dass möglichst viele Primärelektronen des Elektronenstrahls ungestreut auf die Probe treffen. Je mehr Primärelektronen auf einen fokussierten Punkt der Probe gelangen, umso mehr Sekundärelektronen werden in diesem Punkt erzeugt, welche anschließend in der Gasumgebung der Probenkammer verstärkt und vom Detektor angezogen werden. Zusätzlich werden auch alle anderen niederenergetischen Elektronen wie z. B. durch Stoßprozesse abgebremste Rückstreuelektronen von der Gasumgebung der Probenkammer verstärkt und vom Detektor angezogen bzw. detektiert. Dadurch wird ein Bild der Probe mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt.
  • Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl über eine zweite druckbegrenzende Blende in die Elektronensäule geleitet wird, wobei eine Kammer mit der Elektronenquelle gesondert von der Elektronensäule evakuiert wird. Dies erlaubt es, die Drücke unabhängig voneinander einzustellen, um eine Fokussierung des Elektronenstrahls zu maximieren. Die Kammer wird bevorzugt bis zu einem Ultrahochvakuum oder Hochvakuum evakuiert.
  • Besonders günstig ist es dabei, wenn ein Druck in der Elektronensäule erniedrigt wird, bevorzugt bis zu einem Hochvakuum, insbesondere bis zu einem Ultrahochvakuum, und die Probenkammer unter Atmosphärendruck gehalten wird, um den Druck sprunghaft zu ändern und somit den Druckgradienten zwischen Elektronensäule und Probenkammer zu maximieren. Dadurch kann eine Probe unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur untersucht und dabei einfach in die Probenkammer gelegt werden. Erfindungsgemäß kann als Gas in der Probenkammer Luft oder Wasserdampf vorgesehen sein. Es kann jedoch auch für bestimmte Messungen zweckmäßig sein, wenn zumindest eine Vakuumpumpe vorgesehen ist, mit welcher der Druck in der Probenkammer bis zu einem vorbestimmten Wert erniedrigt wird.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
    • Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop;
    • Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop;
    • Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop;
    • Fig. 4 einen Schnitt durch eine druckbegrenzende Blende eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops;
    • Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere druckbegrenzende Blende eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops;
    • Fig. 6 einen Schnitt durch eine weitere druckbegrenzende Blende eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops.
  • Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop 1, umfassend eine Elektronenquelle 2 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 3 und eine Elektronensäule 4, durch welche der Elektronenstrahl 3 auf eine Probe 7 trifft. Die Probe 7 ist dabei in einer Probenkammer 5 auf einem Probentisch 6 angeordnet. Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass der Probentisch 6 mit der Probe 7 verfahrbar ist. Von Vorteil ist dieser zumindest in zwei Achsen verfahrbar, mindestens aber in einer Achse parallel zu einer Längsachse X der Elektronensäule 4. Die zweite Achse kann dabei eine senkrecht zur ersten Achse stehenden Achse sein, um ein optimales Positionieren der Probe 7 zu ermöglichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Elektronensäule 4 verfahrbar ist, um diese relativ zur Probe 7 zu bewegen, bevorzugt entlang deren Längsachse X.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Elektronensäule 4 durch eine druckbegrenzende Blende 8 von der Probenkammer 5 abgetrennt. Die druckbegrenzende Blende 8 kann dabei bevorzugt derart ausgebildet sein, dass ein Druckgradient zwischen der Elektronensäule 4 und der Probenkammer 5 maximiert ist. Dadurch ist es möglich, die Probenkammer 5 unter Atmosphärendruck zu halten und somit auch eine feuchte Probe 7 zu untersuchen. Weiter ist ein Detektor 9 vorgesehen, welcher wie in Fig. 1 dargestellt bevorzugt als Nadeldetektor ausgebildet sein kann. Vorteilhaft ist dieser in der Probenkammer 5 am Probentisch 6 angeordnet, insbesondere von der druckbegrenzenden Blende 8 entkoppelt. Erfindungsgemäß kann auch zumindest eine in Fig. 1 nicht dargestellte Vakuumpumpe vorgesehen sein, welche einen Druck in der Probenkammer 5 bis zu einem vorbestimmten Druckbereich pumpt bzw. evakuiert.
  • Die Elektronenquelle 2 ist bevorzugt in einer evakuierbaren Kammer 16 gelagert, in welcher beispielsweise ein Druck bis zu einem Ultrahochvakuum oder Hochvakuum erniedrigt ist. Auch die Elektronensäule 4 ist mit zumindest einer Vakuumpumpe 17 evakuierbar, wobei ein Druck in dieser bevorzugt bis zu einem Hochvakuum (Druckbereich zwischen 0,1 Pa und 10-5 Pa), insbesondere bis zu einem Ultrahochvakuum (Druckbereich zwischen 10-5 Pa und 10-10 Pa), erniedrigt ist. In der Kammer 16 kann bevorzugt ein nicht dargestelltes Linsensystem angeordnet sein, um den Elektronenstrahl 3 zu fokussieren. Zwischen der Kammer 16 und der Elektronensäule 4 ist zu deren Abtrennung eine zweite druckbegrenzende Blende 15 vorgesehen, durch welche Primärelektronen des Elektronenstrahls 3 in die Elektronensäule 4 gelangen, wonach diese durch die erste druckbegrenzende Blende 8 hindurch auf die Probe 7 bzw. einen fokussierten Punkt auf der Probenoberfläche treffen. Dort wechselwirken die Primärelektronen mit der Probe 7 bzw. Probenoberfläche und erzeugen im fokussierten Punkt Sekundärelektronen. Ein Signal von verstärkten Sekundärelektronen und ein Signal von durch Stoßprozesse abgebremste sowie verstärkte Rückstreuelektronen und durch Rückstreuelektronen im Gas erzeugte Sekundärelektronen werden vom Detektor 9 als niederenergetische Elektronen 10 detektiert.
  • In Fig. 1 ist die Elektronensäule 4 mit einem entlang deren Längsachse X konstanten freien Durchmesser 11 ausgebildet. Die an die Elektronensäule 4 anschließende druckbegrenzende Blende 8 ist dabei etwa waagrecht ausgerichtet und schließt somit einen Winkel von etwa 90° mit der Elektronensäule 4 ein.
  • Im Gegensatz dazu umfasst ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop 1 gemäß Fig. 2 eine Elektronensäule 4 mit einem entlang deren Längsachse X sich zur Probenkammer 5 hin verjüngenden freien Durchmesser 11. Dies ermöglicht eine noch bessere Abtrennung der beiden Druckbereiche in der Elektronensäule 4 und in der Probenkammer 5. Zu beachten ist jedoch dabei, dass ein innerer Winkel zwischen Elektronensäule 4 und Probenkammer 5 nicht zu groß ist, damit ein Sichtfeld nicht zu sehr eingeschränkt wird.
  • In Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop 1 dargestellt. Dabei ist der Detektor 9 in einer gesondert evakuierbaren Detektorkammer 12 gelagert, welche üblicherweise mit zumindest einer zusätzlichen Vakuumpumpe bis zu einem vorbestimmten Druck gepumpt wird. Dadurch herrscht im Bereich einer Detektion geringerer Druck als in der Probenkammer 5 selbst und eine Verstärkung des Signals der niederenergetischen Elektronen 10 ist maximiert, was in weiterer Folge zu einem optimierten Signal-Rausch-Verhältnis führt. Der Druck in der Detektorkammer 12 kann dabei in einem Bereich von etwa 400 Pa bis etwa 1200 Pa liegen. Auch bei einem Elektronenmikroskop 1 gemäß Fig. 2 kann vorgesehen sein, dass der Detektor 9 in einer gesondert evakuierbaren Detektorkammer 12 gelagert ist. Darüber hinaus kann auch bei diesem Elektronenmikroskop 1 zumindest eine Vakuumpumpe zum Evakuieren der Probenkammer vorgesehen sein.
  • Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine druckbegrenzende Blende 8 eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops 1, umfassend einen Bereich 13 mit einem sich verjüngendem freien Durchmesser, wobei die druckbegrenzende Blende 8 so im Elektronenmikroskop 1 angeordnet wird, dass der kleinste Durchmesser in Richtung der Probenkammer 5 ausgerichtet ist. Der sich verjüngende freie Durchmesser bzw. ein Öffnungswinkel α der druckbegrenzenden Blende 8 kann dabei etwa 90° sein. Allgemein gilt jedoch, je größer der Öffnungswinkel ist, umso besser ist eine Abtrennung der Elektronensäule 4 von der Probenkammer 5. Darüber hinaus ist die druckbegrenzende Blende 8 möglichst dünn ausgebildet. Diese kann beispielsweise aus einer Goldfolie gebildet sein und somit eine Dicke von nur wenigen µm aufweisen. Es scheint, dass je dünner die druckbegrenzende Blende 8 und je größer der Öffnungswinkel α des Bereiches 13 ist, umso größer ein Druckgradient zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Drücken.
  • In Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine weitere druckbegrenzende Blende 8 eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops 1 gezeigt. Diese druckbegrenzende Blende 8 kann dabei bevorzugt derart ausgebildet sein, dass diese zwei Bereiche 13, 14 umfasst. Die unterbrochene Linie in Fig. 4 zeigt dabei eine fiktive Grenze zwischen diesen beiden Bereichen 13, 14. Dabei ist ein oberer Bereich 13 entlang einer Längsachse der druckbegrenzenden Blende 8 mit einem sich verjüngenden freien Durchmesser und ein unterer Bereich 14 mit einem konstanten freien Durchmesser ausgebildet. Der konstante freie Durchmesser des unteren Bereiches 14 kann dabei etwa 50 µm bis 300 µm betragen. Die druckbegrenzende Blende 8 ist optimiert, um einen möglichst großen Druckgradienten zwischen Elektronensäule 4 und Probenkammer 5 zu erzeugen. Der obere Bereich 13 der druckbegrenzenden Blende 8 kann etwa 10 µm bis 300 µm, bevorzugt etwa 100 µm hoch bzw. dick sein. Ein Öffnungswinkel α der sich verjüngenden Bohrung bzw. des freien Durchmessers des oberen Bereiches 13 kann dabei bevorzugt etwa 90° betragen.
  • Ein Schnitt durch eine weitere druckbegrenzende Blende 8 eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops 1 ist in Fig. 6 dargestellt. Diese druckbegrenzende Blende 8 umfasst zwei obere Bereiche 131, 132 mit sich verjüngenden freien Durchmessern und einen unteren Bereich 14 mit einem konstanten Durchmesser. Dabei ist der freie Durchmesser des am oberen Ende der druckbegrenzenden Blende 8 ersten oberen Bereiches 131 größer als jener des mittig angeordneten zweiten oberen Bereiches 132, wobei ein Übergang zwischen den beiden oberen Bereichen 131, 132 bevorzugt sprunghaft erfolgt bzw. mit einer Geraden dargestellt ist. Fiktive Abtrennungen der Bereiche 131, 132, 14 sind dabei wieder durch unterbrochene Linien dargestellt. Es kann vorgesehen sein, dass ein Öffnungswinkel α der sich verjüngenden Bohrung des endseitigen ersten oberen Bereiches 131 etwa 70° beträgt und ein Öffnungswinkel β des mittig angeordneten zweiten oberen Bereiches 132 etwa 90°. Bei einer druckbegrenzenden Blende 8 gemäß Fig. 6 scheinen Abmessungen des mittig angeordneten zweiten oberen Bereiches 132 entscheidend zu sein. Dieser Bereich 132 kann dafür z. B. etwa 120 µm oder weniger dick bzw. hoch sein, wobei die gesamte druckbegrenzende Blende 8 dabei etwa 270 µm oder weniger dick bzw. hoch sein kann. Mit dieser druckbegrenzenden Blende 8 ist ein Druckgradient zwischen der Elektronensäule 4 und der Probenkammer 5 nochmals erhöht. Vorgesehen sein kann weiter, dass die druckbegrenzende Blende 8 mehr als zwei obere Bereiche 131, 132 umfasst. Bei allen Varianten der druckbegrenzenden Blende 8 mit zwei oder mehr Bereichen 131, 132, 14 ist bei einer Befestigung der druckbegrenzenden Blende 8 in einem Elektronenmikroskop 1 jeweils der untere Bereich 14 mit dem konstanten freien Durchmesser in Richtung der Probenkammer 5 und der erste obere Bereich 131 in Richtung der Elektronensäule 4 ausgerichtet.
  • Die zweite druckbegrenzende Blende 15 kann der ersten druckbegrenzenden Blende 8 entsprechend ausgebildet sein. Erfindungsgemäß kann jedoch auch vorgesehen sein, dass diese einen durchgängig konstanten freien Durchmesser aufweist. Die zweite druckbegrenzende Blende 15 trennt dabei die Kammer 16, welche bevorzugt bis zu einem Feinvakuum gepumpt wird, von der Elektronensäule 4 ab, in welcher Hoch- bzw. Ultrahochvakuum herrscht. Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass auch die erste druckbegrenzende Blende 8 eine Bohrung mit einem durchgängig konstanten Durchmesser aufweist.
  • Erfindungsgemäß können darüber hinaus mehrere austauschbare druckbegrenzende Blenden 8, 15 vorgesehen sein, welche jeweils unterschiedliche Abmessungen aufweisen, abhängig davon, welche Anforderungen diese erfüllen sollen. Dabei kann das Elektronenmikroskop 1 derart ausgebildet sein, dass die druckbegrenzenden Blenden 8, 15 in einfacher Weise austauschbar sind. Beispielsweise können die druckbegrenzenden Blenden 8, 15 jeweils kraftschlüssig mit z. B. einem Sprengring angebracht bzw. gesichert sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der beiden druckbegrenzenden Blenden 8, 15 stoffschlüssig fixiert ist, z. B. geklebt. Die druckbegrenzenden Blenden 8, 15 können erfindungsgemäß aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet sein, beispielsweise aus Platin, Tantal oder Titan.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Untersuchen einer Probe 7 mit einem Elektronenmikroskop 1 wird die Probe 7 bei offener Probenkammer 5 auf den darin angeordneten Probentisch 6 gelegt. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass die Probenkammer 5 nicht gepumpt, also unter Atmosphärendruck gehalten wird. Alternativ kann aber auch zumindest eine weitere Vakuumpumpe zum Erniedrigen des Druckes in der Probenkammer 5 an diese angeschlossen werden. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Probe 7 zusätzlich oder alternativ nicht gekühlt, sondern bei Raumtemperatur untersucht wird. Der Probentisch 6 wird mit der Probe 7 bis zu einem vorbestimmten Anstand in Richtung Elektronensäule 4 verfahren. Erfindungsgemäß kann dieser auch in noch zumindest eine weitere Richtung verfahren werden.
  • Zum Erstellen eines Bildes der Probe 7 bzw. Probenoberfläche wird in einem ersten Schritt von der Elektronenquelle 2 über ein nicht dargestelltes Linsensystem ein fokussierter Elektronenstrahl 3 aus Primärelektronen erzeugt, welcher über die zweite druckbegrenzende Blende 15 in die Elektronensäule 4 geleitet wird. Die zweite druckbegrenzende Blende 15 trennt die Kammer 16, welche üblicherweise von zumindest einer weiteren Vakuumpumpe bis zu einem Hochvakuum oder Ultrahochvakuum evakuiert bzw. gepumpt wird, von der Elektronensäule 4 ab, welche von der zumindest einen Vakuumpumpe 17 bis zu einem Hochvakuum oder Ultrahochvakuum evakuiert bzw. gepumpt wird. Die Elektronensäule 4 wird nach unten hin mit der druckbegrenzenden Blende 8 begrenzt, um das Hoch- bzw. Ultrahochvakuum in dieser nicht mit Gas zu verunreinigen. Beim Auftreffen der Primärelektronen des Elektronenstrahls 3 auf der Probe 7 werden von dieser durch Wechselwirkungen mit den Primärelektronen Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen erzeugt. Die Rückstreuelektronen verlieren durch Stoßprozesse mit dem Gas in der Probenkammer 5 Energie und werden wie die Sekundärelektronen im Abblidungsgas ionisiert und zum positiv geladenen Detektor 9 hin beschleunigt. Gleichzeitig werden bei diesen Stoßprozessen Sekundärelektronen im Gas gebildet, welche ebenfalls zum Detektor 9 hin beschleunigt werden. Es wird also das Signal aller niederenergetische Elektronen 10 zum Detektor 9 hin verstärkt und von diesem detektiert. Der Detektor 9, welcher bevorzugt als Nadeldetektor ausgebildet sein kann, ist positiv geladen, um die niederenergetischen Elektronen 10 anzuziehen. Dabei gilt, dass je kleiner ein Spitzenradius des Nadeldetektors ist, umso größer ist eine elektrische Feldstärke, was dazu führt, dass das Signal der niederenergetischen Elektronen 10 rund um den Nadeldetektor verstärkt wird. Durch die Spitze des Nadeldetektors wird also ein Gradient im elektrischen Feld realisiert. Wenn der Spitzenradius klein genug ist, kann eine am Nadeldetektor angebrachte Spannung gering gehalten werden, wodurch Spannungsüberschläge vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass der Detektor 9 in einer Detektorkammer 12 gelagert wird, welche gesondert und unabhängig von der Probenkammer 5 von zumindest einer weiteren Vakuumpumpe evakuiert wird. Dabei wird der Druck in der Detektorkammer 12 üblicherweise niedriger gehalten als in der Probenkammer 5. Dies hat den Vorteil, dass eine Verstärkung der niederenergetischen Elektronen 10 bzw. deren Signal zum Detektor 9 hin nochmals erhöht und somit ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis erzeugt wird. Der Detektor 9 kann dabei beliebig ausgebildet sein, vorteilhaft ist dieser jedoch wiederum als Nadeldetektor ausgebildet.
  • Ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop 1 kann in mehreren technischen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise in der Halbleiterindustrie. Dabei kann dieses zwischen zwei Produktionsschritten platziert werden, um ein Bauteil auf dessen Qualität zu prüfen, ohne dass dafür ein evakuierter Bereich notwendig ist.

Claims (15)

  1. Elektronenmikroskop (1), umfassend eine Probenkammer (5), eine Elektronenquelle (2) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (3), eine Elektronensäule (4), durch welche der Elektronenstrahl (3) auf eine in der Probenkammer (5) auf einem Probentisch (6) angeordnete Probe (7) trifft, zumindest eine endseitig an der Elektronensäule (4) angeordnete druckbegrenzende Blende (8) und einen in der Probenkammer angeordneten Detektor (9) zum Detektieren von niederenergetischen Elektronen (10), wobei die Elektronensäule (4) entlang deren Längsachse (X) mit konstantem oder sich zur Probenkammer (5) hin verjüngendem freien Durchmesser (11) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronensäule (4) relativ zum Probentisch (6) sowie unabhängig vom Detektor (9) verfahrbar ausgebildet ist, sodass die Probe (7) unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur untersuchbar ist.
  2. Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (9) außerhalb der Elektronensäule (4), insbesondere von der druckbegrenzenden Blende (8) entkoppelt, angeordnet ist.
  3. Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (9) in der Probenkammer (5) am Probentisch (6) angeordnet ist, wobei der Probentisch (6) verfahrbar ist.
  4. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (9) als Nadeldetektor mit vorbestimmtem Spitzenradius ausgebildet ist.
  5. Elektronenmikroskop (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spitzenradius des Nadeldetektors kleiner als 100 µm, bevorzugt kleiner als 50 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, ist.
  6. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (9) in einer gesondert evakuierbaren Detektorkammer (12) angeordnet ist.
  7. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine druckbegrenzende Blende (8) insbesondere waagrecht ausgerichtet an einem unteren Ende der Elektronensäule (4) angeordnet ist.
  8. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine druckbegrenzende Blende (8) entlang deren Längsachse zumindest einen Bereich (13) mit einem sich verjüngenden freien Durchmesser umfasst.
  9. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite druckbegrenzende Blende (15) vorgesehen ist, welche an einem oberen Ende der Elektronensäule (4) angeordnet ist, wobei die Elektronenquelle (2) außerhalb der Elektronensäule (4) in einer von dieser gesondert evakuierbaren Kammer (16) angeordnet ist.
  10. Elektronenmikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vakuumpumpe (17) vorgesehen ist, mit welcher bei gleichzeitigem Atmosphärendruck in der Probenkammer (5) ein Druck in der Elektronensäule (4) bis zu einem Hochvakuum, insbesondere bis zu einem Ultrahochvakuum, erniedrigbar ist, wobei die Blende (8) so ausgebildet ist, dass ein Druckübergang sprunghaft erfolgt.
  11. Verwendung eines Elektronenmikroskops (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Untersuchen einer insbesondere feuchten und/oder biologischen Probe (7) unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur.
  12. Verfahren zum Untersuchen einer Probe (7) mit einem Elektronenmikroskop (1), wobei von einer Elektronenquelle (2) ein Elektronenstrahl (3) erzeugt wird, welcher durch eine Elektronensäule (4) und zumindest eine druckbegrenzende Blende (8) auf die in einer Probenkammer (5) an einem Probentisch (6) angeordnete Probe (7) geleitet wird, von welcher Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen erzeugt werden, wobei niederenergetische Elektronen (10) von einem in der Probenkammer angeordneten Detektor (9) detektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl (3) durch eine Elektronensäule (4) mit einem entlang deren Längsachse (X) konstanten oder sich zur Probenkammer (5) hin verjüngenden freien Durchmesser (11) zur Probe (7) geleitet wird, welche relativ zum Probentisch (6) sowie unabhängig vom Detektor (9) verfahren wird, um die Probe (7) bevorzugt unter Atmosphärendruck und/oder bei Raumtemperatur zu untersuchen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die niederenergetischen Elektronen (10) von einem als Nadeldetektor mit vorbestimmtem Spitzenradius ausgebildeten und von der druckbegrenzenden Blende (8) entkoppelt unterhalb dieser angeordneten Detektor (9) detektiert werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektorkammer (12) zur Lagerung des Detektors (9) gesondert evakuiert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Probentisch (6) mit der Probe (7) bis zu einem vorbestimmten Abstand zur druckbegrenzenden Blende (8) hin verfahren wird.
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